Laborato regula ních systém a prost edk Název prezentace ídicích systém Umíst ní laborato E228 Správce laborato Ing. Št pán O ana, Ph.D.

Transkript

1 Laboratoř regulačních systémů a prostředků Náev preentace řídicích systémů Umístění laboratoře: E228 Správce laboratoře: Ing. Štěpán Ožana, Ph.D.

2 Zaměření laboratoře Návrh a realiace měřicích a řídicích algoritmů, regulátorů Viualiace říení Návrh a realiace vestavěných systémů

3 V této laboratoři probíhají tyto aktivity: Výuka v bakalářských a magisterských studijních programech laboratorních a počítačových cvičení následujících předmětů: Základy kybernetiky Regulační systémy Navrhování a realiace regulátorů Prostředky řídicích systémů Semestrální práce I-III Výkum v rámci bakalářských a diplomových prací (realiace fyikálních modelů, návrh řídicích algoritmů a jejich implementace)

4 Používané ákladní SW platformy pro návrh regulátorů, vestavěných systémů a měřicích a ovládacích aplikací: Matlab&Simulink (+další potřebné toolboxy).net (Visual Studio - C#)

5 Používané ákladní HW platformy pro realiaci regulátorů, vestavěných systémů a měřicích a ovládacích aplikací: PC/Industrial PC/Embedded PC Mikrokontroléry Freescale HC12 IPC DAS I-8000

6 Možnosti použití jiných HW platforem pro návrh a realiaci vestavěných systémů Systémy dspace Systémy speedgoat

7 ; Laboratorní a počítačová cvičení: S nástupem multifunkčních karet a toolboxů pro měření a říení v reálném čase se Matlab stal nepostradatelnou náornou pomůckou při praktických ukákách regulace reálných fyikálních modelů. V předmětech Základy kybernetiky (ZA) a Regulační systémy (RS) je prováděna analýa/syntéa regulačních obvodů se aměřením na metody klasické PID regulace V předmětu Navrhování a realiace regulátorů (NRR) jsou pak probírány a realiovány algoritmy aložené na moderní teorii říení(optimálníregulátory, robustníříení, adaptivní a prediktivní algoritmy)

8 Synergický efekt ve výuce: Soustředění výuky nosných automatiačních předmětů do jedné laboratoře => využití společného HW a SW vybavení (kromě výuky PLC) Možnost propojení Matlab&Simulink s prostředím.net, ve kterém jsou ároveň podporovány stejné typy multifunkčních karet Nové nástroje pro fyikální modelování =>možnost návrhu řídicích algoritmů pro modely, pro něž není k dispoici matematický popis nebo je velmi obtížný (Simscape, SimMechanics, SimHydraulics, SimElectronics) Realiace algoritmů prostředí Matlab&Simulink na růných HW platformách, přičemž ákladní blokové schéma ůstává stejné

9 Vybavení laboratoře: Měřicí a multifunkční karty: Humusoft, s.r.o. (MF614,MF624) ICP DAS National Instruments

10 Vybrané fyikální modely říených soustav Vrtulník Kulička na ploše Magnetická levitace Výtah Vduchová levitace Říení otáček DC motorku Třídička barevných objektů

11 Toolboxy pro návrh a realiaci real-time aplikací v prostředí Matlab&Simulink Real Time Toolbox Real Time Windows Target xpc Target

12 Toolboxy pro návrh a realiaci real-time aplikací v prostředí Matlab&Simulink Real Time Workshop Společným nástrojem, pro návrh a realiaci real-time aplikací, je Real Time Workshop, který vytváří C-kód pro dané HW platformy.

13 Nástroje pro viualiaci dynamických dějů na fyikálních modelech Kromě standardních grafických výstupů je možno využít také 3D viualiaci s pomocí nástroje Virtual Reality Toolbox (při použití Real Time Toolboxu). Nástroj xpc Target ase nabíí vdálené interaktivní ovládání modelu ve webovém prohlížeči, což je ideální pomůckou při výuce větší skupiny studentů.

14 Vybrané další toolboxy pro návrh řídicích algoritmů Nástroje Matlabu a Simulinku: Control System Toolbox Robust Control Toolbox Produkty třetích stran: (pro adaptivní a samonastavující se regulátory) Knihovna RexLib Knihovna STC Toolbox

15 Metody návrhu říení fyikálních modelů: Model-based design HIL Rapid prototyping Model Based Design (MBD) je metoda rychlého a efektivního návrhu dynamického systému, kdy středem návrhového procesu je model systému v prostředí Simulink, který je využíván od definice požadavků na finální aříení, přes návrh dynamického systému, jeho implementaci na cílovou platformu a testování prototypu.

16 Výuka: Ukáky návrhu, realiace a viualiace říení vybraných fyikálních modelů: Schéma regulačního obvodu pro vduchovou levitaci v prostředí xpc target a ukáka ovládání úlohy přes webové rohraní

17 Ukáky návrhu, realiace a viualiace říení vybraných fyikálních modelů: Diplomová práce: Návrh, říení a viualiace třídičky barevných objektů s využitím prostředí Matlab & Simulink

18 Ukáky návrhu, realiace a viualiace říení vybraných fyikálních modelů: Diplomová práce: Simulace a viualiace ovládání osobního automobilu v prostředí Matlab&Simulink+Virtual Reality Toolbox

19 Ukáky návrhu, realiace a viualiace říení vybraných fyikálních modelů: Semestrální práce: Ovládání robotické ruky L601-KT se šesti stupni volnosti

20 Ukáky návrhu řídicího algoritmu ve výuce Navrhování a realiace regulátorů: Robustní regulace systému aktivního tlumení pérování automobilu metodou H- ( ) = w b s w b a b b c k f m 1 ( ) ( ) + + = w b s r w w b a w w c k k f m 2 1

21 ThreadStart tick = new ThreadStart(casovani); Thread FirstThread = new Thread(tick); FirstThread.Start(); FirstThread.Name = "casovani"; FirstThread.Join(); casovani(); Ukáky návrhu, realiace a viualiace říení vybraných fyikálních modelů: Výuka Prostředků řídicích systémů: Regulace modelu magnetické levitace v protsředí C#